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细菌比研究人员意识到的更频繁地与邻居交换基因

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细菌和古菌——统称为原核生物——几乎无处不在,在从胃酸到深海热液喷口的各种地方快乐地分裂。它们之所以能在如此多不同的地方繁荣生长,是因为它们的基因组非常灵活:它们几乎可以随意改变、丢失和复制基因。科学家们早就认识到,原核生物也可以从它们的邻居那里获得基因(这种行为有助于抗生素耐药性)。但是,这种获得新DNA的方法,即水平基因转移,曾被认为相对罕见,并且仅在环境的强大压力下发生,例如暴露于强力抗生素。

最近发表在PLoS Genetics上的一项研究发现,原核生物反而经常从附近的微生物那里获取基因。这种转移可能发生在一个微生物通过桥梁或病毒从另一个微生物那里获得遗传信息时,即使两个原核生物来自不同物种,也可能发生。

通过汇编包含110种不同原核生物基因组的数据库,巴黎巴斯德研究所的Todd J. Treangen和Eduardo P. C. Rocha计算了通过水平基因转移获得的基因数量。他们知道,在原核生物自身基因组内进化的基因通常位于相似基因附近,并在现有基因中具有相似的功能。然而,通过水平转移到达的基因,在整个基因组中随机出现,并且通常具有截然不同的功能。通过追踪这两个主要标记,Treangen和Rocha计算出,他们研究的原核生物通过水平转移获得了88%到98%的新基因。


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“这项[研究]表明,细菌中的大多数新基因都是从外部来源获得的,”耶鲁大学的微生物学家Howard Ochman说,他没有参与这项研究。“它需要完整的基因组序列和关于如何筛选数据的大量常识,我认为他们的结论非常可靠。” 

转移的基因到达新的宿主后,会遵循与在同一基因组内进化的基因不同的进化路径。新来者进化得更快,停留的时间更长——Treangen怀疑这些行为的出现是因为这些基因提供了全新的、有用的功能。

Treangen说,水平基因转移使原核生物能够获得“来自其他微生物的预先存在的适应性”,这使它们能够在新环境中快速建立自身。他断言,这项研究表明,水平转移是驱动原核生物进化的主导力量,并有助于解释为什么细菌如此迅速地产生抗生素耐药性。

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